一种显示器刷新率客观评估选择方法与流程

1.本发明涉及生物医学工程中神经工程及脑机接口技术领域,具体涉及一种显示器刷新率客观评估选择方法。


背景技术：

2.在视知觉相关实验中，呈现准确的刺激图像是保证研究结果准确的前提条件。但目前大多数现代显示器，例如常用的普通液晶显示器(lcd)，会在空间中的离散位置呈现移动对象，显示近似的连续运动过程，当运动过程高速高频时，容易产生运动模糊现象，因此在运动视觉感知的相关实验中，使用高刷新率显示器越来越成为一种主流。但是硬件成本和软件兼容性等原因限制了实验显示系统刷新率的无限提高，例如，复杂的动态视觉感知范式在极高的刷新率参数下，可能因为显卡性能不够而出现掉帧情况，反而降低了呈现质量。为此，准确评估视觉感知实验范式在不同刷新率显示器下的呈现质量，根据评估结果选择合适的刷新率，是人体视觉研究中的重要一环。
3.现有显示器刷新率选择评估方法主要采用在实验前，使用者观看不同刷新率图像后填写显示质量评价量表的主观评估方法，例如，2020年英国剑桥大学的denes等人提出参与人的主观jnd指标(just-noticeable differences)，通过让使用者观察常用50-165hz多个刷新率下不同速度(15deg/s,30deg/s and 45deg/s)的运动图像，评价不同刷新率显示质量效果。但是主观评估方法由于使用心理学量表指标数据评估显示器刷新图像质量，作为一种单参数阈值式的方法，很难对连续呈现图像与刷新率相互作用关系进行连续定量分析以做出准确评估；此外由于参与评估人群需要观看多幅显示图像，实验时间较长，导致视觉疲劳，影响参与评估人群的视觉感知体验结果，加剧了刷新图像质量评估结果并不准确。这些缺点限制了视知觉实验中对显示系统刷新率的正确选择。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种显示器刷新率客观评估选择方法，评估视知觉实验中的优选显示器刷新率，结果定量且准确。
5.为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种显示器刷新率客观评估选择方法，包括以下步骤：在不同刷新率下呈现稳态视觉刺激图像，采集观看稳态视觉刺激图像时的脑电诱发信号，计算得到脑电诱发信号强度；通过对比分析，当某一刷新率下的脑电诱发信号强度达到最高，或者此时脑电诱发信号强度与其他刷新率中最高的脑电诱发信号强度没有统计学上的显著差异，则选择该刷新频率作为视知觉实验的优选显示器刷新率。
7.所述的脑电诱发信号的采集位置位于脑部枕区附近，根据国际10-20系统，选择脑部对应的o1、oz、o2、po3、po4、poz位置或周围位置。
8.所述的脑电诱发信号强度计算方法包括滑移窗典型相关分析方法以及信号幅值法，幅值法包括短时傅里叶变换或功率谱密度法。
9.所述的稳态视觉刺激图像为所需开展的视知觉实验图像或类似图像，稳态视觉刺激图像变化形式选择闪烁变化形式或者运动变化形式；其中运动变化形式的稳态视觉刺激图像包含尺寸收缩扩张运动图像、纹理收缩扩张运动图像、往复旋转运动图像以及往复平移运动图像。
10.所述的运动变化形式的稳态视觉刺激图像选择运动棋盘格构成尺寸收缩扩张运动图像，实现闪烁感低的视觉刺激。
11.所述的稳态视觉刺激图像的可调参数包括刺激图像纹理、刺激图像变化频率、刺激图像尺寸、刺激图像亮度、刺激图像颜色、刺激图像对比度、频率变化波形(如频率按照正弦或三角波)；如果稳态视觉刺激图像是运动图像形式，则可调参数还包括刺激图像运动幅度、刺激图像运动方向。
12.所述的可调参数的调整根据视知觉实验的参数进行设置。
13.所述的稳态视觉刺激图像变化频率选择连续变化形式，变化范围根据视知觉实验的参数调整，通过扫频的方式获得宽频带的脑电诱发信号。
14.本发明的有益效果为：
15.本发明采用稳态视觉刺激图像诱发不同显示器刷新率下的脑电诱发信号，稳态视觉刺激图像参数多可调整，使用者无需额外训练即可参与评估，可以应用于多种视知觉研究，发明适用性广泛。此外，采用扫频刺激，获得宽频带的脑电诱发信号，缩短了实验时间，避免之前主观评估方法离散参数需要大量实验次数的问题，降低了视觉疲劳对评估的影响，评估过程稳定不易改变参与者自身状态。本发明提供了一种显示器刷新率客观评估选择方法，评估过程依赖定量化的脑电诱发信号强度指标，全程无需被试者回答主观问题，通过客观分析手段得到使用者的视知觉体验，评估结果准确，具备良好的应用价值。
附图说明
16.图1为本发明的方法流程图。
17.图2为实施例不同刷新率显示器下宽频视觉刺激下脑电诱发信号的典型相关系数响应强度对比示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
19.本实施例在分析视知觉实验中，常见的60hz、120hz或240hz三种显示器刷新率中最低应该选用哪一种。
20.参照图1，一种显示器刷新率客观评估选择方法，包括以下步骤：
21.步骤1，调整60hz、120hz和240hz三种显示器刷新率；
22.步骤2，设置稳态视觉刺激图像，通过改变稳态视觉刺激图像可调参数将稳态视觉刺激图像调整为后续研究视觉实验所用的感知刺激形态或近似形态；
23.例如，稳态视觉刺激图像的运动变化形式设置为纹理收缩扩张运动图像，实现闪烁感低的视觉刺激，获得谱峰集中、能量单一的脑电诱发信号，便于对不同条件下的响应变化进行分析；刺激图像纹理参数设置为环形棋盘格形态，刺激图像运动方向为纹理无向性收缩扩张，刺激图像颜色设置为黑白两色，刺激图像尺寸设置为刺激直径5
°
视角度，刺激图
像运动幅度为0.5
°
视角度，刺激图像亮度设置为最高300尼特，刺激图像对比度设置为5：1，刺激图像频率变化波形设置为正弦波形，刺激频率参数设置为从7hz逐渐升高到28hz的连续线性变化，通过扫频的方式获得宽频带的脑电诱发信号；
24.步骤3，准备采集脑电诱发信号，采集位置位于脑部枕区附近，根据国际10-20系统，选择脑部对应的o1、oz、o2、po3、po4、poz位置或周围位置；单侧耳垂位置a1或a2处安放参考电极，头部前额处fpz位置安放地电极；给使用者按照上述位置布置测量电极并注入导电膏，保证电极与头皮良好接触；
25.步骤4，采集不同刷新率显示器呈现视觉刺激诱发下使用者的脑电诱发信号，采集时间为刺激持续时间，可设置为10秒；
26.步骤5，选择脑电诱发信号强度计算方法，本实施例采用滑移窗典型相关分析方法，设置滑移窗长为w
length
＝1秒，窗间隔w
interval
＝0.5秒，典型相关分析参考模板信号可设置为对应频率正余弦组合，如下式所示：
[0027][0028]
其中y
t
是t时刻的参考模板信号，fs是信号采样频率，s
t
是t时刻的信号采集点序号，s
t wlength
是t w
length
时刻后信号采集点序号，t是参考模板信号各个点对应的刺激时间，f
t
是t时刻对应的刺激频率；
[0029]
计算获得不同显示器刷新率呈现稳态视觉刺激图像下的宽频脑电诱发信号的典型相关系数作为脑电诱发信号强度；
[0030]
步骤6，通过对比分析，当某一刷新率下的脑电诱发信号强度达到最高，或者此时脑电诱发信号强度与其他刷新率中最高的脑电诱发信号强度没有统计学上的显著差异，则选择该刷新频率作为视知觉实验的优选显示器刷新率；参照图2，图2左图表示使用滑移窗典型相关分析方法的计算结果，当稳态视觉刺激图像连续变化时，脑电诱发信号的典型相关系数也随之变化，并且结果表明60hz显示器刷新率时的脑电有发信号强度明显低于120hz和240hz时的脑电诱发信号强度，而240hz时的脑电诱发信号强度最高；图2右图表示进一步的统计方差分析，结果表明120hz时的脑电诱发信号强度和240hz时的脑电诱发信号强度没有显著区别，因此可以选择120hz作为视知觉实验的优选显示器刷新率。